JP4283081B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータコアの外周に沿って形成した円周方向に細長い複数のスロットの内部に永久磁石を保持し、隣接するスロット間に設けられてロータコアのスロットよりも径方向外側の外周部と径方向内側の内周部とを接続するブリッジ部により、ロータコアの回転に伴って永久磁石に作用する遠心力を支持する回転電機のロータに関する。

ロータコア３の外周に沿って８個の界磁用永久磁石１０Ａ，１０Ｂを１辺に２個ずつ正方形状に配置し、その正方形の頂点に対応するブリッジ部に抜き穴９を開口させることで、抜き孔穴とその両側のロータスロット５Ａ，５Ｂとの間に一対の薄肉部８を形成した電動機のロータが、下記特許文献１により公知である。

また回転子コア３の外周に沿って配置した永久磁石２に挟まれたブリッジ１１に、永久磁石埋込孔１８を円周方向に伸ばしたフラックスバリア孔４を形成した回転電機の回転子１４が、下記特許文献２により公知である。
特開２００２−３５４７２６号公報 特開２００３−６１２８３号公報

ところで、ロータコアの外周に形成したスロットに永久磁石を埋め込んだロータでは、ロータの高速回転時に永久磁石に大きな遠心力が作用すると、スロットの角部の始点に応力が集中し、その部分からクラックが発生してロータの耐久性を低下させる可能性がある。

上記特許文献１に記載されたものは、８個の界磁用永久磁石１０Ａ，１０Ｂが１辺に２個ずつ正方形状に配置されているため、その正方形の頂点に対応するロータスロット５Ａ，５Ｂの端部とロータコア３の外周との間の肉厚が局部的に薄くなって強度が低下するだけでなく、界磁用永久磁石１０Ａ，１０Ｂがロータスロット５Ａ，５Ｂに隙間なく嵌合しているため、ロータコア３の高速回転時に界磁用永久磁石１０Ａ，１０Ｂに作用する遠心力がロータスロット５Ａ，５Ｂの角部に直接作用してしまい、その部分に応力が集中してクラックが更に発生し易くなる問題がある。

また上記特許文献２に記載されたものは、永久磁石埋込孔１８を円周方向に伸ばしたフラックスバリア孔４を有しているため、永久磁石２に作用する遠心力が永久磁石埋込孔１８の角部に直接作用することが防止されるが、相互に対向する二つのフラックスバリア孔４に挟まれた細いブリッジ１１がロータの径方向に延びているため、永久磁石２に作用する遠心力によってブリッジ１１に引張荷重だけが作用して曲げ荷重が作用することがない。その結果、ブリッジ１１の剛性が高くなって径方向の弾性変形が困難になるため、永久磁石２の角部が当接する永久磁石埋込孔１８の応力集中を充分に低減することが困難であった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ロータコアの外周に沿って形成されて永久磁石を保持する複数のスロットに対する遠心力による応力集中をできるだけ軽減することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ロータコアの外周に沿って形成した円周方向に細長い複数のスロットの内部に永久磁石を保持し、隣接するスロット間に設けられてロータコアのスロットよりも径方向外側の外周部と径方向内側の内周部とを接続するブリッジ部により、ロータコアの回転に伴って永久磁石に作用する遠心力を支持する回転電機のロータにおいて、各々のブリッジ部はスロットの円周方向端部に形成された複数の空間に挟まれて両端が前記外周部および前記内周部に連なるように形成されたリブを備えており、このリブの中間部には、前記遠心力によって該リブが径方向外側に弾性曲げ変形するのを許容する少なくとも１つの屈曲部が形成されることを特徴とする回転電機のロータ。
が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記リブは、概ね径方向に延びる部分と概ね円周方向に延びる部分とを前記屈曲部で交互に接続して構成されることを特徴とする回転電機のロータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記リブは、径方向および円周方向に対して傾斜した部分を前記屈曲部の両側に有することを特徴とする回転電機のロータが提案される。

請求項１の構成によれば、ロータコアの外周に沿って形成されて内部に永久磁石を保持する複数のスロット間に設けられたブリッジ部が、両端がロータコアの外周部および内周部に連なるように形成されたリブを備えており、このリブの中間部には、永久磁石に作用する遠心力によって該リブが径方向外側に弾性曲げ変形するのを許容する少なくとも１つの屈曲部が形成されているので、前記遠心力による荷重を、リブの該屈曲部における弾性曲げ変形で吸収してスロットの角部の始点に発生する応力集中を緩和し、ロータコアの耐久性を高めることができる。しかもスロットの円周方向端部に形成された複数の空間がリブを囲むように配置されているので、この空間によってスロットの角部の始点に発生する応力集中を一層効果的に緩和することができる。

請求項２の構成によれば、概ね径方向に延びる部分と概ね円周方向に延びる部分とを前記屈曲部で交互に接続してリブを構成したので、永久磁石に作用する遠心力によってリブを効率的に弾性曲げ変形させ、スロットの角部の始点に強い応力集中が発生するのを緩和することができる。

請求項３の構成によれば、リブが径方向および円周方向に対して傾斜した部分を前記屈曲部の両側に有するので、永久磁石に作用する遠心力によってリブを効率的に弾性曲げ変形させ、スロットの角部の始点に強い応力集中が発生するのを緩和することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の第１実施例を示すもので、図１はロータの縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３部拡大図である。

図１および図２に示すように、モータのステータの内部に軸線Ｌまわりに回転自在に配置されるロータ１１は、ロータシャフト１２と、ロータコア１３と、複数の永久磁石１４…と、第１端板１５と、第２端板１６と、第１カラー１７と、第２カラー１８とで構成される。ロータコア１３は打ち抜き加工した多数枚の電磁鋼板を積層してカシメにより一体化したもので、ロータシャフト１２の外周に相対回転不能にスプライン嵌合する。ロータシャフト１２の外周に嵌合してロータコア１３の一端面に当接する第１端板１５を、ロータシャフト１２の外周に圧入した第１カラー１７で固定し、またロータシャフト１２の外周に嵌合してロータコア１３の他端面に当接する第２端板１６を、ロータシャフト１２の外周に圧入した第２カラー１８で固定することで、第１、第２端板１５，１６に挟まれたロータコア１３が軸線Ｌ方向に位置決めされる。

ロータコア１３の外周に沿って円周方向に細長い１０個のスロット２０が等間隔で形成されており、各々のスロット２０に１２個の永久磁石１４…が保持される。各々のスロット２０の周囲は、外周部１３ａと、内周部１３ｂと、一対のブリッジ部２１，２１とで囲まれる。外周部１３ａはロータコア１３の外周面とスロット２０の径方向外端面とに挟まれた薄肉の部分であり、内周部１３ｂはスロット２０の径方向内端面よりも径方向内側の部分である。ブリッジ部２１は隣接するスロット２０，２０に挟まれた部分であり、ロータ１１の回転によりスロット２０内の永久磁石１４…に遠心力が作用すると、その遠心力はロータコア１３の外周部１３ａから円周方向両側のブリッジ部２１，２１を経て内周部１３ｂに伝達される。

図３から明らかなように、ロータコア１３のブリッジ部２１には、その右側のスロット２０の径方向外端および径方向内端から円周方向左側に延びる二つの空間２０ａ，２０ｂと、その左側のスロット２０の径方向外端から円周方向右側に延びる空間２０ｃとが形成されており、これらの空間２０ａ，２０ｂ，２０ｃによってリブ２３が形成される。リブ２３は、ロータコア１３の外周部１３ａから概ね径方向内側に延びる第１部分２３ａと、第１部分２３ａの径方向内端から概ね円周方向左側に延びる第２部分２３ｂと、第２部分２３ｂの左端から概ね径方向内側に延びてロータコア１３の内周部１３ｂに連なる第３部分２３ｃとを有してクランク状をなし、第１部分２３ａと第２部分２３ｂとの間、及び第２部分２３ｂと第３部分２３ｃとの間にはそれぞれ、リブ２３が径方向外側に弾性曲げ変形するのを許容する屈曲部が形成されている。

さて、ロータ１１が高速回転して各々の永久磁石１４に遠心力が作用すると、永久磁石１４の径方向外側に位置するスロット２０の外周部１３ａに径方向外向きの荷重が作用する。そのためスロット２０の角部の始点（角Ｒ部が始まる点）である応力集中部ａ，ａがスロット２０の外周部１３ａに作用する曲げ荷重の支点となり、その応力集中部ａ，ａに強い応力が集中してロータコア１３が破損する可能性がある。しかしながら、本実施例では２個のスロット２０，２０に挟まれたブリッジ部２１に、３個の空間２０ａ，２０ｂ，２０ｃに囲まれたクランク状の屈曲部を有するリブ２３が設けられているので、このリブ２３の円周方向に延びる第２部分２３ｂが容易に弾性変形してリブ２３を径方向外側に弾性曲げ変形させることで、スロット２０の応力集中部ａ，ａに対する応力集中が大幅に緩和されてロータコア１３の破損が防止される。しかもスロット２０の円周方向の端部に空間２０ａ，２０ｃが形成されているので、応力集中部ａ，ａから始まるスロット２０の角Ｒ部の曲率半径を大きくして応力集中を更に効果的に緩和することができる。

ところで、概ね円周方向に延びる部分と概ね径方向に延びる部分とが屈曲部を挟んで連なるリブ２３の形状は第１実施例のクランク状に限定されず、他の実施例が考えられる。図４に示す第２実施例および図５に示す第３実施例は、ブリッジ部２１を挟んで対向する一対のスロット２０，２０の一方側の空間２０ａと、他方側の空間２０ｂ，２０ｃとにより、ロータコア１３の外周部１３ａから概ね径方向内側に延びる第１部分２３ａと、第１部分２３ａの径方向内端から概ね円周方向左側に延びる第２部分２３ｂと、第２部分２３ｂの左端から概ね径方向内側に延びる第３部分２３ｃと、第３部分２３ｃの径方向内端から概ね円周方向右側に延びる第４部分２３ｄと、第４部分２３ｄの右端から概ね径方向内側に延びてロータコア１３の内周部１３ｂに連なる第５部分２３ｅとを有しており、これら第１部分２３ａと第２部分２３ｂとの間、第２部分２３ｂと第３部分２３ｃとの間、第３部分２３ｃと第４部分２３ｄとの間、及び第４部分２３ｄと第５部分２３ｅとの間にはそれぞれ、リブ２３が径方向外側に弾性曲げ変形するのを許容する屈曲部が形成されている。

これらの第２、第３実施例によれば、第１実施例に比べてリブ２３の剛性を更に低下させて一層弾性変形し易くし、スロット２０の応力集中部ａ，ａの応力集中をより効果的に緩和することができる。

次に、図６に基づいて本発明の参考例を説明する。

図６の参考例は、右側のスロット２０の空間２０ａと左側のスロット２０の空間２０ｂとの間に、円周方向および径方向の両方に対して傾斜した第１部分２４ｆよりなるリブ２３が形成されている。

次に、図７，図８に基づいて本発明の第４実施例，第５実施例を説明する。

図７の第４実施例は、右側のスロット２０の２個の空間２０ａ，２０ｂと左側のスロット２０の空間２０ｃとの間に、円周方向および径方向の両方に対して傾斜した第１部分２３ｆおよび第２部分２３ｇよりなるリブ２３が形成されていて、第１部分２３ｆと第２部分２３ｇとの間には、リブ２３が径方向外側に弾性曲げ変形するのを許容する「く」字状の屈曲部が形成されている。この第４実施例によれば、遠心力による荷重を前記「く」字状の屈曲部で吸収することによってリブ２３を更に容易に径方向外側に変形させることができる。

図８の第５実施例は、右側のスロット２０の２個の空間２０ａ，２０ｂと左側のスロット２０の２個の空間２０ｃ，２０ｄと、両スロット２０，２０から分離された空間２０ｅとの間に、円周方向および径方向の両方に対して傾斜した第１部分２３ｆ〜第４部分２３ｉよりなるリブ２３が形成されていて、第１部分２３ａと第２部分２３ｂとの間、及び第３部分２３ｈと第４部分２３ｉとの間にはそれぞれ、リブ２３が径方向外側に弾性曲げ変形するのを許容する屈曲部が形成されて全体として菱形状の屈曲部を構成している。この第５実施例によれば、遠心力による荷重を前記菱形状の屈曲部で吸収することによってリブ２３をより一層容易に径方向外側に変形させることができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例ではモータのロータ１１を例示したが、本発明は発電機のロータに対しても適用することができる。

ロータの縦断面図 図１の２−２線断面図 図２の３部拡大図 第２実施例のリブの形状を示す図 第３実施例のリブの形状を示す図 参考例のリブの形状を示す図 第４実施例のリブの形状を示す図 第５実施例のリブの形状を示す図

１３ ロータコア
１３ａ 外周部
１３ｂ 内周部
１４ 永久磁石
２０ スロット
２０ａ〜２０ｄ 空間
２１ ブリッジ部
２３ リブ
２３ａ，２３ｃ，２３ｅ 概ね径方向に延びる部分
２３ｂ，２３ｄ 概ね円周方向に延びる部分
２３ｆ〜２３ｉ 径方向および円周方向に対して傾斜した部分

Claims (3)

1. ロータコア（１３）の外周に沿って形成した円周方向に細長い複数のスロット（２０）の内部に永久磁石（１４）を保持し、隣接するスロット（２０）間に設けられてロータコア（１３）のスロット（２０）よりも径方向外側の外周部（１３ａ）と径方向内側の内周部（１３ｂ）とを接続するブリッジ部（２１）により、ロータコア（１３）の回転に伴って永久磁石（１４）に作用する遠心力を支持する回転電機のロータにおいて、
   各々のブリッジ部（２１）はスロット（２０）の円周方向端部に形成された複数の空間（２０ａ〜２０ｄ）に挟まれて両端が前記外周部（１３ａ）および前記内周部（１３ｂ）に連なるように形成されたリブ（２３）を備えており、このリブ（２３）の中間部には、前記遠心力によって該リブ（２３）が径方向外側に弾性曲げ変形するのを許容する少なくとも１つの屈曲部が形成されることを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記リブ（２３）は、概ね径方向に延びる部分（２３ａ，２３ｃ，２３ｅ）と概ね円周方向に延びる部分（２３ｂ，２３ｄ）とを前記屈曲部で交互に接続して構成されることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記リブ（２３）は、径方向および円周方向に対して傾斜した部分（２３ｆ〜２３ｉ）を前記屈曲部の両側に有することを特徴とする、請求項１に記載の回転電機のロータ。

Images